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Dauerhaft dichte Bauwerke

10.02.2006

Die Herstellung einer funktionsfähigen Abdichtung erdberührter Bauteile gegen Wassereintritt stellt an alle an einem Bauvorhaben Beteiligten höchste Anforderungen. Neben dem genauen Wissen um die spezifischen Materialeigenschaften der auf dem Markt befindlichen Konstruktionsvarianten sind eine exakte und auf den Baustellenbetrieb abgestimmte Detailplanung sowie eine fachgerechte und sorgsame Bauausführung ausschlaggebend für ein dauerhaft dichtes Bauwerk. Obwohl die Aufwendungen für Bauwerksabdichtungen nur einen geringen Anteil an den Gesamtkosten ausmachen, können Baumängel erhebliche Bauschäden zur Folge haben, die nur mit einem hohen finanziellen und technischen Auswand behoben werden können.
Um die geeigneten Abdichtungsmaßnahmen setzen zu können, ist eine genaue Klärung der Baugrundverhältnisse sowie der Art und Weise des anstehenden Wassers vonnöten. Für die Bemessung der geforderten Abdichtungshöhe sollten sich Planer an dem historisch höchsten Wasserstand vor Ort orientieren. Auf dem Markt haben sich zwei Grundtypen zur Abdichtung erdberührter und wasserbeanspruchter Bauteile durchgesetzt. Zum einen die Herstellung einer Weißen Wanne aus wasserundurchlässigem Beton: Dabei übernimmt die Konstruktion sowohl die tragende als auch die abdichtende Funktion. Zum anderen können Bauteile zum Schutz gegen Wassereintritt und Feuchtigkeit mit außenseitig angebrachten Hautabdichtungen versehen werden. Bei dieser Abdichtungsvariante stehen die Materialien Bitumen und Bentonit zur Verfügung.

Einfache Konstruktionsprinzipien
Die Ausführung von erdberührten Bauteilen mit wasserundurchlässigem Beton (WU-Beton) als so genannte Weiße Wanne unterscheidet sich von den Hautabdichtungen Braune bzw. Schwarze Wanne durch eine einfache Konstruktionsweise. Im Gegensatz zu Hautabdichtungen ist bei Weißen Wannen aufgrund der wasserundurchlässigen Eigenschaften des Betons keine zusätzliche Außenabdichtung der Tragkonstruktion notwendig. Aufgrund der Doppelfunktion als tragender und abdichtender Baukörper sind bei der Ausführung von Weißen Wannen weniger Arbeitsschritte notwendig. Eine der zentralen Voraussetzungen für die Funktionsfähigkeit von Weißen Wannen ist die einfache Konstruktion des Querschnitts. Auf Nischen, Vertiefungen oder Wandvorsprünge sollte im Rahmen der Planung verzichtet werden. Vor allem einspringende Ecken sind aufgrund der auftretenden Kerbspannungen anfällig für Rissbildungen. Sind derartige querschnittsschwächende Konstruktionselemente aufgrund der geplanten Nutzung unumgänglich, so gilt es, diese rissanfälligen Bereiche mit einer dichten Bewährung zusätzlich abzusichern. Eine weitere Ursache für Rissbildungen bei Bauteilen aus Ortbeton stellen die durch das Auftreten von Temperaturunterschieden bei der Hydratation hervorgerufenen Zwangsspannungen dar. Diesen Zwangsspannungen kann konstruktiv mit dem Einbringen von Gleitschichten zur Verringerung der beim Aushärten des Betons entstehenden Reibung zwischen Betonsohle und Erdreich entgegengewirkt werden. Damit wird einer etwaigen Schwundbehinderung entgegengewirkt und die Rissanfälligkeit der Betonsohle maßgeblich verringert. Entscheidend für die Vermeidung von Rissbildungen ist allen voran aber die Wahl einer geeigneten Betonmischung. Ein geringes Schwindverhalten sowie die Verwendung von Zement mit niedriger Hydratationswärme zählen zu jenen Betoneigenschaften, die maßgeblich zu einer verminderten Risswahrscheinlichkeit beitragen. Weiße Wannen verfügen nicht über wasserdichte, sondern über wasserundurchlässige Eigenschaften. In der Praxis lassen sich Rissbildungen bei Ortbetonkonstruktionen kaum vermeiden. Um die dauerhafte Dichtheit von Weißen Wannen zu gewährleisten, muss der Behebung von Rissschäden besondere Beachtung seitens der Ausführenden zukommen. Bei feinen Rissen kann es durch die selbstheilenden Eigenschaften von Beton zu einer wasserundurchlässigen Schließung kommen. Diese so genannte Selbstheilung von Beton beruht auf der natürlichen Ausbildung von Kalkstein. Bei feiner Rissbildung kann ein Selbstheilungsprozess von Beton eintreten und ein wasserundurchlässiger Widerstand aufgebaut werden. Auf der Bauteilinnenseite kommt es zur Ablagerung von Calciumhydroxid, das sich unter Luftzufuhr zu Calciumcarbonat umwandelt und die Trennrisse natürlich abdichtet. Da sich in der Praxis das Auftreten von Trennrissen nicht vermeiden lässt, müssen bereits in der Planungsphase geeignete Bewehrungsmaßnahmen getroffen werden, um die Rissbreite zu begrenzen. Um die Dichtheit des Baukörpers sicherzustellen, müssen Risse bei denen aufgrund der Rissbreite keine Selbstheilung zu erwarten ist, nachträglich abgedichtet werden. Zum Füllen der Risse kommt eine Rissinjektion mittels eines hydraulisch bindenden Füllstoffs, Zementsuspension oder Polyurethanharz, zur Anwendung.

Verdunstung muss möglich sein
Bei Bauteilen aus wasserundurchlässigem Beton findet im Gegensatz zur Schwarzen Wanne ein Feuchtigkeitstransport nach innen statt. Der Feuchtetransport erfolgt durch die Bauteildicke über Dampfdiffusion und kapillare Wasserwanderung. Eine exakte Planung und fachgerechte Ausführung der Konstruktion vorausgesetzt verdunstet auf der Innenseite mehr Wasser als von außen nachdringt, und die Innenräume bleiben praktisch trocken. Der Feuchtigkeitstransport bei Bauteilen aus WU-Beton muss in Hinblick auf die einwandfreie Funktionsfähigkeit von Weißen Wannen bereits in der Planungsphase Berücksichtigung finden. Voraussetzung für trockene Innenwände bei Weißen Wannen ist eine Konstruktionsweise, die ein vollständiges und uneingeschränktes Verdunsten des diffundierenden Wassers innenseitig ermöglicht. Daher ist insbesondere beim Innenausbau auf eine ausreichende und permanente Luftzirkulation entlang der Bauteile zu achten. Vom Einbau dampfdichter Beläge und nicht aufgeständerter sowie unbelüfteter Fußbodenkonstruktionen ist abzusehen, da ansonsten an den betroffenen Bereichen Wasser auftreten und sichtbare Feuchtigkeitsschäden entstehen können. Um ein vollständiges Abtrocknen der Bauteile durchdringenden Feuchtigkeit zu gewährleisten, empfiehlt es sich, je nach Nutzungsart eine Lüftung einzubauen. Beim Fehlen einer entsprechenden Zwangslüftung kommt es durch den Feuchtigkeitstransport von außen nach Innen zu einer sukzessiven Erhöhung der relativen Luftfeuchtigkeit, wodurch die eintretende Feuchtigkeit nicht mehr vollständig verdunsten kann. Die über Diffusion abgegebene Feuchtigkeit kann durch eine innenseitig aufgebrachte Beschichtung der Bauteiloberflächen verhindert werden.

Fachgerechte Ausführung
Neben der Rissanfälligkeit von Beton bildet in der Praxis der Übergang von Betonsohle zu den Wänden eine der zentralen Schwachstellen bei der Ausführung von Weißen Wannen. Die fachgerechte Ausführung der Übergangsbereiche Sohle und Wand zählt zu den sensiblen Bereichen bei der Herstellung von Weißen Wannen und ist entscheidend für die dauerhafte Wasserundurchlässigkeit der Konstruktion. Der Wandanschluss zur Bodenplatte sollte daher mit einer feinkörnigen Anschlussmischung hergestellt werden. Die Arbeitsfugen zwischen Bodenplatte und Wänden können ebenengleich mit der Bodenplatte oder mit einer Aufkantung bzw. Sockel ausgeführt werden. Eine Aufkantung muss in jedem Fall in einem Betoniervorgang mit der Bodenplatte erfolgen. Die Beschaffenheit der Oberfläche, an die anbetoniert wird, sollte eine raue, waschbetonähnliche Struktur aufweisen. Zusätzlich muss die Arbeitsfuge von Zementschlämmen gereinigt und das Korngerüst freigelegt werden.
Ein wesentlicher Vorteil von weißen Wannen gegenüber Hautabdichtungen ist, dass Fehlstellen aufgrund der unmittelbaren Nähe zu den Austrittsstellen einfach zu lokalisieren sind und eine nachträgliche Behebung von Ausführungsmängel leichter zu bewerkstelligen ist. Die nachträgliche Abdichtung von mangelhaften Stellen erfolgt durch das Verpressen mit Spezialzementen, Silikaten, Polyurethanen, Silikon oder Epoxydharzen. Im Gegensatz dazu erweist sich das Lokalisieren von Fehlstellen bei außenseitig angebrachten Hautabdichtungen als deutlich komplizierter. Über Sickerwege tritt Wasser oftmals nicht unmittelbar im Schadensbereich, sondern von der Schadensstelle entfernt ein. Zur Feststellung der Schadensursache und zur Schadensbehebung sind bei Hautabdichtungen aufwändige Maßnahmen wie zum Beispiel Aufgraben meist unumgänglich.

Betoneigenschaften
Die Ausführung von erdberührten Bauteilen als Weiße Wanne stellt höchste Anforderungen an die Qualität des eingebauten Betons. Zum einem muss der Beton für die Funktionsfähigkeit einer Weißen Wanne über eine hohe Dichtheit verfügen. Zum anderen ist eine möglichst rissfreie Ausführung die Grundvoraussetzung für die dauerhafte Wasserundurchlässigkeit des Bauwerks. Um diese Voraussetzungen zu erfüllen, darf der Beton beim Einbringen nicht zum Entmischen neigen und nur in einem geringen Ausmaß Wasser absondern. Durch einen hohen Feinanteil kann eine geringe Wasserabsonderung erzielt und einer Entmischung entgegengewirkt werden. Die für die Herstellung von Weißen Wannen erforderliche hohe Betondichte wird über den Kapillarporenanteil erzielt. Darüber hinaus ist auf eine geringe Wärmeentwicklung des Betons während des Erhärtungsvorgang zu achten. Je geringer die Hydratationswärme von Beton, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit von Rissbildungen. Beton mit niedriger Hydratationswärme und geringem Schwindverhalten ist der Garant für eine funktionsfähige Weiße Wanne. Um die Wassereindringtiefe der Bauteile so gering als möglich zu halten, ist auf einen geringen Wasserzementwert zu achten. Mit einem niederen Wasserzementwert wird nicht nur die Wassereindringtiefe begrenzt, sondern der gesamte Feuchtigkeitstransport so weit reduziert, dass Feuchtigkeit nur mehr durch Wasserdampfdiffusion abgegeben wird. Zusätzlich ist die Dichtheit von Ortbetonbauteilen von einer gründlichen Verdichtung des Betons abhängig. Um ein gut verdichtetes Betongefüge zu erhalten und um eine Entmischung des Betons zu verhindern, muss die Fallhöhe beim Einbringen entsprechend begrenzt werden.

Schwarze und Braune Wanne
Neben der Ausführung von erdberührten Bauteilen als Weiße Wanne zum Schutz gegen anstehendes Wasser stehen mit der so genannte Schwarzen und Braunen Wanne zwei weitere Abdichtungstechniken zur Verfügung. Bei Schwarzen Wannen handelt es sich um Hautabdichtungen, bei der bituminöse Materialien erdseitig auf die Bauteile aufgebracht werden und einen dauerhaften Schutz gegen Wasser- und Feuchtigkeitseintritt bilden. Bei der Abdichtungsvariante Braune Wanne werden die wasserbeanspruchten Bauteile erdseitig mit Bentonitbahnen abgedichtet. Bei Bentonit handelt es sich um einen natürlichen vorkommenden Ton mit hochquellfähigen Eigenschaften. Bentonite sind hoch abdichtende Tone, die zum überwiegenden Teil aus dem Tonmineral Montmorillont bestehen. Bentonit verfügt über die Eigenschaft, eintretendes Wasser zwischen den einzelnen Silikatschichten einzulagern, wodurch sich der Abstand zwischen den Lagen ausdehnt. Dieser Vorgang wird als innerkristalliner Quellvorgang bezeichnet. Bereits bei geringen Schichtdichten ist eine stark abdichtende Wirkung gegeben. Die Qualität und somit die Funktionsfähigkeit von Bentonitabdichtungen ist abhängig von den Quellvermögen und der Beständigkeit unter mechanischer Belastung. Während bei bituminösen Abdichtungen eine Dichtheit gegenüber anstehendem und einwirkendem Wasser gegeben ist, verfügen Braune Wannen ähnlich wie Weiße Wannen über wasserundurchlässige Eigenschaften. Der Wasserdurchlässigkeitswert von Braunen Wannen liegt jedoch unter jenem von Weißen Wannen. Aufgrund der wasserundurchlässigen Eigenschaften von Bentonitabdichtungen und dem damit einhergehenden Feuchtigkeitstransport durch die Bauteildicke muss auf eine dampfdichte Beschichtung der Oberflächen auf der Innenseite verzichtet werden, um Feuchtigkeitsschäden zu vermeiden.
Einer der zentralen Vorteile von erdseitig liegenden Hautabdichtungen im Vergleich zu Weißen Wannen ist, dass durch die erdseitig angebrachte Abdichtungsschicht kein direkter Kontakt der Bauteile mit dem einwirkenden Wasser gegeben ist. Insbesondere beim Vorhandensein von „aggressivem“ Wasser ist diese trennende Funktion von Hautabdichtungen von besonderer Bedeutung.

Verarbeitungseigenschaften
Bei der Wahl der Abdichtungstechnik für wasserberührte Bauteile ist in Hinblick auf den Baufortschritt auf die Verarbeitungsanforderungen bei unterschiedlichen Witterungsverhältnissen besonderes Augenmerk zu legen. Die Ausführung der Gebäudeabdichtung steht am Beginn der Rohbauarbeiten und fällt damit zeitlich häufig in die witterungsunbeständigen Jahreszeiten Frühjahr und Herbst. Im Gegensatz zu Weißen und Braunen Wannen, deren Ausführung relativ witterungsunabhängig ist, können bituminöse Abdichtungen auf nassem bzw. feuchtem Untergrund nicht ausgeführt werden. Die Herstellung einer Schwarzen Wanne setzt somit günstige Witterungsverhältnisse voraus. Feuchtigkeit bei der Ausführung führt zu einer Verschlechterung der Dichtqualität bituminöser Gebäudeabdichtungen. Gegenüber Schwarzen Wannen beeinträchtigt bei Braunen Wannen die Restfeuchte von Beton nicht den Baufortschritt und die Dichtheit. Bentonitabdichtungen können praktisch unter jeden Witterungsverhältnissen verlegt werden.

Dichtheit durch Quelldruck
Aufgrund der unmittelbar nach dem Einbau eintretenden Dichtwirkung von Bentonitbahnen ist eine sofortige Hinterfüllung der Baugrube möglich und erforderlich. Entscheidend für die Dichtheit von Bentonitabdichtungen ist das Entstehen eines entsprechenden Quelldrucks, der einen innigen Verbund zwischen Hautabdichtung und Bauteil gewährleistet. Dabei gilt die Faustregel: Je höher der Quelldruck, desto höher ist die Dichtheit gegenüber Wasser. Damit ein entsprechender Quelldruck aufgebaut werden kann, muss der Quellvorgang von Bentonit durch den Anpressdruck der eingebrachten Baugrubenhinterfüllung begrenzt werden. Auf eine fachgerechte Hinterfüllung der Bentonitabdichtung ist daher größtes Augenmerk zu legen. Nur wenn durch den Anpressdruck der Hinterfüllung der natürliche Quellvorgang behindert wird, kann Bentonit seine volle Dichtwirkung entfalten. Von scharkantigem Schüttmaterial sollte bei der Hinterfüllung abgesehen werden. Es empfiehlt sich, das Füllmaterial abschnittsweise einzubringen und ausreichend zu verdichten. Ist der Anpressdruck des anstehenden Erdreichs beim Einsetzen des Quellvorgangs nicht gegeben und wird dadurch kein Quelldruck aufgebaut, vermindert sich die Dichtwirkung von Bentonit dramatisch. Vom Anbringen von Noppenfolien unmittelbar vor den Abdichtungsbahnen zum Schutz gegen mechanische Beschädigungen ist unbedingt abzuraten, da Bentonit beim Quellvorgang in die Hohlräume ausweichen kann und dadurch der Quelldruck und somit die Dichtwirkung vermindert wird. Die Abdichtung mit Bentonitbahnen zeichnet sich durch eine einfache Verarbeitung aus. Allerdings müssen die Bahnen zum Schutz gegen mechanische Beschädigung und vor Austrocknung abgedeckt werden. Beim Aufbringen von Bentonitmatten ist auf eine ausreichende Überlappung zu achten. Darüber hinaus müssen die Matten gegen Verschiebungen fixiert werden. Ähnlich wie Beton verfügt auch Bentonit aufgrund seiner hochquellenden Eigenschaften über eine stark ausgeprägte selbstheilende Funktion. Im Gegensatz zu Beton werden kleine Risse unabhängig vom Alter der Konstruktion und der Durchströmgeschwindigkeit selbstständig abgedichtet.
Stefan Pruckmayr

Autor/in:
Redaktion Bauzeitung
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